全站仪内存导线兼容数据处理系统的研究___以拓普康和徕佧仪器为例硕士学位论文.doc

武 汉 大 学 硕士专业学位论文 全站仪内存导线 兼容数据处理系统的研究 （以拓普康和徕佧仪器为例） 研 究 生 姓 名： 指导教师姓名、职称： 专 业 学 位 名 称： 工 程 硕 士 研究方向：全站仪内存导线兼容数据处理系统的研究 memory traverse data processing program of topcon,leica total station by yuyanwei 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后 果由本人承担。 作者签名：日期： 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权 xxxx 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 i 摘 要 传统的地形测量是用仪器在野外测量角度、距离、高差，作记录(称外业)，在室 内作计算、处理，绘制地形图(称内业)等。由于地形测量的主要成果地形图是由 测绘人员利用分度器、比例尺等工具模拟测量数据，按图式符号展绘到白纸(绘图纸或 聚酯簿膜)上，又俗称白纸测图或模拟法测图。 随着电子技术、激光技术、计算机硬件和软件技术的发展，产生了测距仪、全站 仪、陀螺仪等光电结合型的测绘仪器，传统的测绘方法因此而发生了巨大的变化。全 站仪作为当前应用最为广泛的测绘仪器，是电子技术与光学技术结合发展的光电测量 仪器，集测距仪、电子经纬仪的优点于一体。在智能型全站仪中采用了光、电、磁、 机的最新科学成果，具有了测距、测角功能。国际上先进的全站仪均以存储卡、内部 存储器或电子手薄的方式记录数据，具有双路传输的通讯功能，可以与外部计算机或 电子手簿进行数据的相互传递，也可以依靠外部计算机或电子手簿的指令进行测量工 作。以全站仪为代表的智能化、数字化仪器是测量仪器今后的发展方向之一。有了全 站仪等先进测量仪器和计算机技术的大力支持，就可以建立三维数据自动采集、传输、 处理的测量数据处理系统，将传统的手薄记录、手工录入、繁琐计算等大量的重复性 的工作角有计算机处理，在减轻工作人员工作强度的同时效益提高了，速度加快了， 精度也得到了保证和提高。 科学技术的进步，信息化测量仪器全站型电子速测仪的广泛应用，以及微型 计算机硬件和软件技术的迅猛发展与渗透，促进了地形测绘的自动化，并成为大比例 尺地形测量全面革新的最积极、最有活力的因素和最可靠的技术保障，地形测量从白 纸测图变革为数字测图，测量的成果不仅是绘制在纸上的地形图，更重要的是提交可 供传输、处理、共享的数字地形信息，即以计算机磁盘为载体的数字地形图，成为信 息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。 数字化测绘不仅仅是利用计算机辅助绘图，减轻测绘人员的劳动强度，保证地形 图绘制质量，提高绘图效率。而更具有深远意义的是由计算机进行数据处理并可以直 接建立数字地面模型和电子地图， 为建立地理信息系统提供了可靠的原始数据， 以 供国家、城市和行业部门的现代化管理、以及工程设计人员进行计算机辅助设计(cad) 使用。提供地图数字图象等信息资料已成为一些政府管理部门和工程设计、建设单位 必不可少的工作，正越来越受到各行各业的普遍重视。 通常，将利用全站仪在野外进行数字化地形数据采集，并机助绘制大比例尺地形 图的工作，简称为数字测图。 本文主要讨论在数字测图外业数据采集的过程中，不使用笔记本或者数字平板， 仅使用全站仪的情况下，尽量少甚至不进行手工记录和画草图的工作，最大程度上实 现无纸化作业，针对其数据记录功能进行导线计算记录的二次开发，做相应的数据处 理；充分利用其编码测量的功能，制作相应的程序模块，达到外业画草图的目的，最 终通过内业编辑形成数字地形图。 关键词：数字测图 导线计算 数据处理 编码测量 3 abstract ordnance survey is a traditional instrument in the field measurement of the angle， distance， height difference， make a record (known outside the industry)， in the room to make the calculation， processing， topographic maps (called within the industry) and so on. as the main results of ordnance survey - topographic surveying and mapping personnel by the use of a protractor， scale simulation tools such as measurement data， according to schematic symbols plotting to white (drawing paper or polyester thin film)， they also commonly known as the white mapping or a simulation mapping. as electronic technology， laser technology， computer hardware and software technology development， produced a range finder， total station， gyroscopes and other optical mapping apparatus of combined traditional mapping methods therefore has undergone tremendous changes. total station as the current most widely used mapping instruments， electronic technology and optical technology with the development of electro-optical measuring instruments， set range finder， electronic theodolite advantage in one. in the intelligent use of total station in the light， electricity， magnetism， machines of the latest scientific achievements， with a distance measurement， angle measuring function. total stations are international advanced memory card， internal memory or electronic way of hand-thin record data， with two- way transmission of communications， with an external computer or electronic hand- book for the mutual transmission of data， you can also rely on an external computer or hand book of instructions of electronic measurements. with total station， represented by intelligent and digital instrument is a measuring instrument， one of the future direction of development. with the total station and other advanced measurement instruments and computer technology support， you can create three-dimensional automatic data collection， transmission， processing of measurement data processing system， the traditional hand-thin record， manual entry， a large number of repetitive tedious calculation of the work kok on computer processing， in reducing the intensity of the staff working at the same time increase efficiency， speed， speed， and accuracy has 4 been secured and enhanced. scientific and technological progress， information measuring instruments - total station electronic tachometer wide range of applications， and micro-computer hardware and software technology for the rapid development and penetration， promote the automation of topographic mapping and become large-scale topographic survey overhaul the most active and dynamic factors and the most reliable technical support， topographic survey mapping changes from white to digital mapping， measuring the results is not only a topographic map drawn on paper， more importantly， is to submit for transmission ， processing and sharing of digital terrain information， namely， computer disks as the carrier of the digital terrain map， the information age to become an indispensable part of an important component of geographic information. digital mapping is not just the use of computer-aided mapping， surveying and mapping to reduce the labor intensity and topographic mapping to ensure quality， improve drawing efficiency. the more far-reaching is the computer-data processing and direct the establishment of digital terrain models and digital maps， geographic information systems for the establishment of a reliable raw data for state， city and industry sector， modern management， as well as engineering design personnel in computer-aided design (cad) to use. provides a map and other information on digital images has become a number of government management and engineering design， construction units essential to the work of all walks of life are increasingly subject to universal attention. typically， the total station will be used to conduct in the field of digital terrain data collection， and computer-aided mapping large-scale topographic maps of the work， referred to as the digital mapping. this article focuses on mapping out the industry data collection process， notebook or digital flat panels do not apply， only applies to the case of rtk or total station， not even as little as possible for manual records and sketches of the work to achieve the greatest degree of paperless of operation， data recording functionality for its second development， making the corresponding data processing； take full advantage of the encoding function of measurement to produce the corresponding program modules， 5 reaching outside the industry， sketch of the purpose， and eventually within the industry by creating a digital topographic map editing . key words: digital mapping， calculation， data processing， coding measure 1 目 录 摘 要 .i abstract .3 1 绪论 1 1.1 当代地形图测绘的发展及前景 .1 1.2 几种数据采集方法的介绍与分析 .5 1.2.1 gps 技术 5 1.2.1.1 gps 静态定位模式 5 1.2.1.2 gps 动态定位模式 6 1.2.1.3 gps 相位差分定位技术 6 1.2.2 利用全站仪数据采集8 1.2.3 利用超站仪数据采集9 1.2.4 利用电子平板数据采集.10 1.3 论文研究的动机和目的 11 1.4 研究的内容及解决方法 12 1.4.1 数据处理的内容.12 1.4.2 visual basic 6.0 编程语言介绍14 1.5 论文的组织结构 15 2 数据处理程序的设计 .17 2.1 数据采集及数据转换的流程 19 2.2 数据处理软件的功能设计 20 2.2.1 主要功能.20 2.2.2 辅助功能.21 3 数据处理软件的开发和实现 .21 3.1 外业导线测量编码规则的设定 22 3.1.1 拓普康全站仪的导线编码设定.22 3.1.2 徕佧全站仪的导线编码设定.24 3.2 导线平差文件的定义 26 3.2.1 记录前视观测高差数据的导线平差文件.26 3.2.2 记录对向观测高差数据的导线平差文件.27 3.2.3 观测值计算后的导线平差文件.28 3.3 软件的开发与实现 28 3.3.1 数据录入.29 2 3.3.1.1 手工录入导线数据.29 3.3.1.2 全站仪观测数据的转换.30 3.3.2 导线计算.32 3.3.3 提取统计.33 3.3.4 文本转换.34 3.3.5 坐标采集转换.35 3.3.6 excel 输出 .35 3.3.7 文件.36 3.3.8 其它.38 3.4 本章小结 41 4 利用编码采集数据的讨论 .41 4.1 地形点编码 41 4.2 地形点连线信息编码 42 4.3 野外地形数据采集 43 4.4 作者对编码采集数据的思路 45 4.4 作者对编码采集数据的设计 46 4.4.1 动态简码设计.46 4.4.2 软件实现的思路.47 5 结论 .47 5.1 论文实现的主要成果 47 5.2 未来的研究和进一步工作 48 参考文献 49 致谢 50 1 1 绪论 1.1 当代地形图测绘的发展及前景 传统的地形测量是用仪器在野外测量角度、距离、高差，作记录(称外业)，在 室内作计算、处理，绘制地形图(称内业)等。由于地形测量的主要成果地形图 是由测绘人员利用分度器、比例尺等工具模拟测量数据，按图式符号展绘到白纸(绘 图纸或聚酯簿膜)上，又俗称白纸测图或模拟法测图。 随着激光技术、电子技术、计算机软硬件技术的发展，产生了测距仪、全站仪、 陀螺仪等光电结合型的测绘仪器，传统测绘方法因此而发生了巨大的变化。全站仪 作为当前应用最为广泛的测绘仪器，是电子技术与光学技术结合发展的光电测量仪 器，集测距仪、电子经纬仪的优点于一体。在智能型全站仪中采用了光、电、磁、 机的最新科学成果，具有了测距、测角等功能。国际国内先进的全站仪均以存储卡、 内部存储器或电子手薄的方式记录数据，具有双路传输的通讯功能，能够与外部计 算机或电子记录手簿进行数据的相互传递，也可以依靠外部计算机或电子手簿的指 令进行测量工作。以全站仪为代表的智能化、数字化仪器是测量仪器今后的发展方 向之一。有了全站仪等先进测量仪器和计算机技术的大力支持，就可以建立三维数 据自动采集、传输、处理的测量数据处理系统，将传统的手薄记录、手工录入、繁 琐计算等大量的重复性的工作角有计算机处理，在减轻工作人员工作强度的同时效 益提高了，速度加快了，精度也得到了保证和提高。 科学技术的进步，信息化测量仪器全站型电子速测仪的广泛应用，以及微 型计算机硬件和软件技术的迅猛发展与渗透，促进了地形测绘的自动化，并成为大 比例尺地形测量全面革新的最积极、最有活力的因素和最可靠的技术保障，地形测 量从白纸测图变革为数字测图，测量的成果不仅是绘制在纸上的地形图，更重要的 2 是提交可供传输、处理、共享的数字地形信息，即以计算机磁盘为载体的数字地形 图，成为信息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。 数字化测绘不仅仅是利用计算机辅助绘图，减轻测绘人员的劳动强度，保证地 形图绘制质量， 提高绘图效率。而更具有深远意义的是由计算机进行数据处理并可 以直接建立数字地面模型和电子地图， 为建立地理信息系统提供了可靠的原始数据， 以供国家、城市和行业部门的现代化管理、以及工程设计人员进行计算机辅助设计 (cad)使用。提供地图数字图象等信息资料已成为一些政府管理部门和工程设计、建 设单位必不可少的工作，正越来越受到各行各业的普遍重视。 通常，将利用电子全站仪在野外进行数字化地形数据采集，并机助绘制大比例 尺地形图的工作，简称为数字测图。 在测量仪器发展的同时，测量方法与手段也在不断发展。以卫星遥感（rs） 、全 球定位系统（gps）为代表的空间对地观测技术在测绘科学中的应用日趋成熟，遥感 包括卫星遥感和航空遥感，基于遥感资料建立数字地面模型（dtm）进而应用于测绘 工作已获得了较多的应用。gps(global positioning system)是美国国防部于 1973 年组织研制的军用导航定位系统，80 年代商品化并推广到民用，引起各界广泛的注 意。gps 定位方法精度高，方便灵活。gps 定位技术在测绘中的应用和普及，是测绘 科技的一个重大的突破性进展。gps 已经成为大地测量的主要技术手段，不仅具有 全天候、高精度和高度灵活性的优点，而且与传统的测量技术相比，无严格的控制 测量等级之分，不必考虑测点间通视，不需造标，不存在误差积累，可同时进行三 维定位等优点，在外业测量模式、误差来源和数据处理方面是对传统测量观念的转 变。而 gps 实时动态 rtk 模式，以实时、快速、高精度等特点不仅给控制测量带来 新的突破，而且在工程放样、碎部测量、水域测量、地籍测量、房产测绘等广泛领 域带来了深刻变化，快速 rtk 技术给测绘的数据采集工作带来了革命性的解决方案。 3 以上测量仪器与测量技术的发展结果，显而易见的是外业的工作方式：携带的 基本物品是一台全站仪、一个三脚架、两根标杆、两个棱镜和一卷钢尺（还可以加 一个电子手簿或装有测量软件的便携式计算机） ，测量的计算工作全部交给全站仪或 计算机，这种测图方式一般称为数字测记模式；如果电子手簿提供功能或使用便携 式计算机，可以同时编辑图形、加注属性，将测量的大部分工作在外业中完成，现 在大量使用的一些电子平板测量系统就是这样的，这种测图方式称为电子平板模式。 虽然提高了效率、减轻了强度，可是外业人员还会抱怨要带的仪器过多，对于测图 系统集成的呼声日益高涨。所谓测图系统，包括测量仪器和大比例尺测图软件以及 软件的运行平台；所谓简化，是在不降低测量技术水平和工作效能的条件下使用最 少的设备，提高测图软件的实用性和易用性。所以测图系统要简化，不但测图软件 和软件运行平台的集成度要提高，而且测量仪器也要利用先进的电子技术和机械制 造技术实现一机多能。 借鉴电子平板测量系统产生了全站仪自动跟踪测量模式。测站为自动跟踪式全 站仪，可以无人操作；棱镜站有跑镜员和电子平板操作员(甚至平板操作员兼任司镜 员)。全站仪自动跟踪照准立在测点上的棱镜，测量的数据由测站自动传输给棱镜站 的电子平板记录、成图。瑞典捷创力(geotronic)、日本拓普康(topcon)等推出的自 动跟踪全站仪的单人测量系统，再加上电子平板即可实现此模式。1997 年徕卡 (leica)推出的 tca 全站仪+rcs1000 控制器(遥控器)，实现了遥控测量(remote control surveying，rcs)，使自动跟踪测量模式更趋于现实。测站无人操作，而在 镜站遥控开机测量，全站仪自动跟踪，自动照准，自动记录，及时获取观测成果， 还可在镜站遥控进行检查与编码。tca 遥控测量系统与电子平板连接，则可实现自 动跟踪模式的电子平板数字测图。目前此种模式价格昂贵，适用于特定的应用场合。 4 在如今的测绘作业中，工作方式正由全站仪单独作业向全站仪配合电子手簿或 便携式计算机的电子平板方式过渡。在这一方式产生巨大经济效益的同时，也暴露 出了该方式的不足之处，便携式计算机价格较高，保养维护要求高，装有测量软件 的便携式计算机虽然功能强大，但在携带、操作、工作时间、工作环境要求等方面 与电子手薄相比略显不足，而电子手薄虽然价格较低，但是功能有限，除了测量数 据的计算功能外，只有少数的几种能够显示图形，大多数只是一个数据的载体。那 么能否将便携式计算机与电子手薄的优势互补？可以，性能不断加强的掌上式电脑 装上专业定制的测量软件后，就达到了便携式计算机和电子手薄的最佳组合。例如， 海信新型 hpc 提供了 20ram（随机存取内存） ，为操作系统及应用软件提供了足够的 运行空间，极大的提高了应用软件的运行速度，减少手写输入的识别时间，真正实 现了“即写即现” ，这种掌上电脑尺寸小、低能耗、重量不足 500 克。它的袖珍存储 卡扩展槽提供掌上电脑功能的扩展，如网卡、快闪存储卡以及无线传输卡等，使用 此项功能可以在任何时候插入或退出 cf 扩展卡。当插入快闪存储卡的时候，就可以 将资料存进卡内；当需要使用其所对应的应用软件时，可以直接按下快捷健，系统 会自动开机并进入相应的应用软件。掌上电脑使用图形用户操作界面的操作系统， 具有良好的图形显示和交互操作的特性，由电子手簿的 yes 或 no 的应答式操作改为 人机交流的交互式操作；装载了专业测量软件后，就成为了小型的测图软件平台， 在这个平台上可以利用测量软件的功能，将全站仪采集的离散点数据编辑成带有属 性的图形数据，在编辑的同时就可显示在屏幕上，也就是“即测即现” ；由于掌上电 脑屏幕分辨率的提高，显示的图形将更细腻、更精确，使得在测量现场就可对数据 进行检查；低能耗的优点，不仅是满足长时间作业的要求，而且保持了作业的连续 性，在最佳的测量条件下进行最多的测量作业，减少测量环境对测量数据精度的影 5 响。掌上电脑在测量中的使用必将推动测绘业的发展，产生巨大经济与社会效益， 为国家基础设施建设、矿产资源调查利用、百姓交通旅行、国防建设、环境保护等 与国家和个人息息相关的多方面提供有力支持。从长远来看，这只是测图系统集成 的一个阶段。 发展创造需求，需求指引发展，测图系统的集成是必然趋势。gps 和全站仪相 结合而形成的超站仪已被用于多种测量工作，掌上电脑和全站仪的结合或者全站仪 自身的功能不断完善，到时如果全站仪的无反射镜测量技术进一步发展，精度达到 测量标准要求，那么测量工作只需携带一台超站仪和一个三脚架，而操作员也只需 一人。展望未来，随着科技的进一步发展，将来的大比例尺测图系统将没有全站仪 和三脚架，只是操作员的工作帽上安着 gps 接收器以及激光发射和接收器，用于测 距和测角，眼前搭小巧的照准镜，手中拿着带握柄的掌上电脑处理数据、显示图形， 腰上别着的无线数据传输器则将测得的数据实时传回测量中心，测量中心则收集各 个测区的测量数据，生成整体大比例尺地形数据库。这是大比例尺数字测图的美好 明天。 1.2 几种数据采集方法的介绍与分析 1.2.1 gps 技术 授时与测距导航系统全球定位系统(navigation system time and ranging/global position-ing system)，简称“全球定位系统”(缩写 gps)， 它 是当代新技术的产物，经过 30 多年的发展，已应用到几乎所有的领域中。作为一项 非常重要的技术手段和方法，广泛用于实时精密导航、高精度定位，从而为工程规 划、施工建设，从国家控制网到地形测绘都提供一系列技术支持。 6 1.2.1.1 gps 静态定位模式 静态定位作业是由两台或两台以上 gps 接收机设置在待测基线端点上，捕获和 跟踪 gps 卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量 gps 信号的传播时间，利用 gps 卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。这种测量方式 在地形图测绘中，用来做项目的控制网，不适合做碎部点的采集工作；目前在像控 点的采集上经常使用。 1.2.1.2 gps 动态定位模式 动态定位作业是用 gps 接收机测定一个运动物体的运行轨迹。gps 接收机所安 置于运动载体上(如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等)。载体上的 gps 接 收机天线在跟踪 gps 卫星的过程中相对地球而运动，接收机用 gps 信号实时地测得 运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。在地形图的碎部点采集上基本上 不使用这种作业方式。 1.2.1.3 gps 相位差分定位技术 相位差分定位作业技术又称为 rtk(rcal time kinematic)技术，作业方法是在 基准站上安置一台 gps 接收机，对所有可见 gps 卫星进行连续地观测，并将其观测 数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站，在用户观测站上，gps 接收机 在接收 gps 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据， 然后根据相对定位的原理，实时地提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。 在地形图测绘中被广泛应用，从图根点的布设到地形碎部点的采集，贯穿于地形测 图的始末。其作业优点如下： 7 (1) 定位精度高，数据可靠，没有误差积累。在满足 rtk 的基本工作条件下 ，一定的作业半径范围内（一般为 4km） ，rtk 的平面精度和高程精度都 能达到厘米级。 (2) 降低了作业条件要求。rtk 技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足 “电磁波通视” ，和传统测量相比，rtk 技术受通视条件、能见度、气候 、季节等因素的限制较小，在传统测量中地形复杂、地物障碍而造成的 通视困难地区，也能进行快速的高精度定位作业。 (3) 作业效率高。 在一般的地形地势下，高质量的 rtk 设站一次即可测完 4k m 半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬 站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标 ，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。 (4) 自动化、集成化程度高，测绘功能强大。rtk 可胜任各种测绘内、外业。 流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘 功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。 (5) 操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的操作 ，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、 处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机及其它测量仪器通信 。 尽管 gps-rtk 技术有以上优点，但同时也存在不足。 (1) 受卫星状况限制。当测区位置不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值； 在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间 8 较长，使一天中可作业时间受限制，并容易产生多路径效应，使测量结 果受到影响。 (2) 天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不 到 5 颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，无法进行测量。 (3) 数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。rtk 数据链传 输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在 传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差 较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当 rtk 作业 半径超过一定距离时，测量结果误差超限，所以 rtk 的实际作业有效半 径比其标称半径要小很多。 (4) 初始化能力和所需时间问题。在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业 时，卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用 rtk 作业时有时需 要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。 (5) 电量不足问题。rtk 耗电量较大，需要多个大容量电池、电瓶才能保证连 续作业，在电力供应缺乏的偏远地区作业会受到限制。 (6) 精度和稳定性问题。rtk 测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定 性方面，这是由于 rtk 较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况 影响的缘故。 1.2.2 利用全站仪数据采集 电子全站仪是集测距、测角、测高程及数据自动处理于一体化的智能化测量仪 器，它只需通过一次照准反射棱镜，即可测出水平角、垂直角和水平距离，自动计 算出目标点的坐标和高程；通过它的主机的标准通讯接口，可实现全站仪与计算机 9 的数据通讯，从而使测量数据的获取、管理、计算和绘图形成一个完整的自动化测 量系统。在解决空间三维坐标功能上，它具有速度快、精度高、省工时等特点，因 而被广泛应用到地形图测绘、公路桥梁以及建筑工程的施工测量、放样中去。全站 仪的基本结构原理框图可简单地表示为图 1.1 水平角 光电测角系统微处理机 垂直角 光电测距系统斜距 双轴补偿系统v、 h 键 盘 显 示 器 数据存 储器 程序存 储器 输入 输出 接口 图 1.1 全站仪的基本结构原理框图 全站仪主要由电子经纬仪、光电测距仪和内置微处理器组成。从仪器结构上来 看，全站仪可分为“组合式”和“整体式”两类。 “组合式”全站仪是将电子经纬仪、 光电测距仪和微处理机通过一定的连接器构成一体，可分可合，如徕卡 t2000+di5 等，是全站仪的早期产品；“整体式”全站仪则是在一个仪器外壳内包含了电子经 纬仪，光电测距仪和微处理机，而且电子经纬仪和光电测距仪共用一个望远镜，仪 器各部分构成一个整体，不能分离。目前生产的全站仪基本多为“整体式” 。 利用全站仪采集地形数据的步骤如下： (1)把全站仪设于已知控制点上，对中整平。新建数据文件，输入已知控制 点的坐标。 (2)调出设站点和定向点坐标，将全站仪照准定向点进行定向。 (3)定向工作完成后，用第三个点进行检核，符合要求后，进行测图。 (4)数据采集结束后将全站仪中的数据传输到电脑，将传输的坐标坐标数据 在 atuocad 中展绘出来，进行地形图的内业编绘。 10 1.2.3 利用超站仪数据采集 超站仪是将 tps（全站仪）与 gps 有机整合在一起的新型测量设备。超站仪系 统流动站的 gps 接收机、主站上全站仪与 gps 接收机的结合体以及有关的硬件设施。 由于电子全站仪(tps)作业灵活方便，能同时测角测距并实现了数据的自动化采 集与处理，它广泛应用于控制测量、放样和大比例尺地形图、地籍图测绘中。gps 具有全天候、超长距离、超地面障碍定位等无与伦比的优点，是全站仪无法实现的。 差分技术(dgps)、实时动态定位技术(rtk)等越来越完善，使测绘从静态发展到实时 动态，不仅在控制测量方面取代了地面测量技术，在施工放样、测图以及变形监测 等方面也得到愈来愈广泛的应用。然而 gps 也存在需要顶空通视的致命弱点，在城 市建筑密集的市区、植被覆盖茂盛的隐蔽地区以及复杂的施工环境下，还不能单独 完成所有的测量作业。将 tps 与 gps 集成在一起，则能取长补短，优势互补，共同 完成各自不能独立完成的许多测绘工作。 使用超站仪测量，无需控制点，长导线和后方交会操作，只需架设超站仪，并 分别使用流动站和主站的 gps 确定定向点与测站点位置，然后就可以使用全站仪进 行测量、放样。建站更简便，测量更容易、更快捷。在需要时可以单独使用 tps 或 gps。将 gps 天线安装在对中杆上，就可以进行 gps 流动站作业，也可将 tps 作为传 统的全站仪使用。超站仪的模块化设计给了用户最大限度的自由，胜任一切测量工 作，节省时间和资金，提高工作效率、增加收益。 当测区内部通视情况相当不好时，仪器架设在方便进行细部测量的地方，虽然 互相不能通视，但是它们能看到某个公共点，例如，远处的塔尖、房角等，可以通 过 gps 获得架站点坐标，以各测站都能看到各公共点为后视，然后假定这个架站点 和公共点之间的方位角，测定架站点到公共点之间的实际距离，其他测站同样操作。 11 由于两站的站点坐标都已知，两站点到公共点的距离也已知，就可以交会出公共点 坐标，随即可以得到准确的细部点坐标。 由于超站仪中 gps 使用的是单点定位，所以测站点和定向点精度都很难达到较 高的程度，自由超站仪观测 1-3 秒的定位精度优于 30cm。但是观测 10 分钟的定位 精度可达 1cm，虽然精度可以保证，但是等待时间较长，背离了高效率测绘的初衷。 如果将超站仪中的 gps 结合 rtk 来进行站点观测，通过获得差分信号来确定测 站点以及定向点的坐标，可大大提高定位精度，而且可以节省测量时间，从而形成 真正意义上的无缝定位系统，提高作业效率和作业精度，但是设备投入会有明显增 加，外业人员所带设备会明显增加，增加了设备携带负担。 1.2.4 利用电子平板数据采集 随着笔记本电脑的普及，最新一代的数字测图系统电子平板测绘系统出现。 它将国内外一统的测记法数字测图模式创新为平板测图模式，使数字测图现场成果 由黑匣子方式变革为直观显示方式，使数字测图（尤其在复杂地区）成为实实在在 可以大面积推广的应用的测图技术。电子平板软件借助于便携机强劲的，以先进的 自动化软工具替代传统平板测图的图纸、铅笔、橡皮、尺子、三角板等硬工具和成 图方法。高分辨率显示器作图板，所显即所测，数字测图真正做到了内外业一体化， 而且从质量到效率都超过白纸测图。而且高精度的为工程 cad 直接提供数字图，为 gis 提供高精度空间数据。电子平板是数字测图理想的模式，代表了数字测图的方 向。虽然受到电源供电、显示器显示不清、设备价格较贵等因素限制，但随着便携 机日新月异的发展，价格不断降低，质量不断提高以及软件不断完善，电子平板已 经进入实用阶段，它必将成为地面数字测量（全野外数字采集）方法的主流。 12 1.3 论文研究的动机和目的 以作者参与过的实际工程而言，每一个测图项目需要综合考虑，比如工作人员 的作业水平有高有低，如果有先进的设备但作业水平跟不上，那么先进作业方法仍 然受到限制；现有的设备仍然完好，不需要淘汰，如何更好的利用；不同仪器采集 的数据如何统一到一个作图系统；同一种仪器的数据如何能够让不同的作图软件识 别；外业数据采集时也需要面对不同的作业情况，比如可以直接坐标采集，也可以 在没有已知点坐标成果的情况下直接利用仪器内存记录观测值，事后计算，还可以 图根与细部同时观测等，针对以上各种情况，需要有一个数据处理系统，针对不同 的全站仪、不同的采集方法和数据格式统一集成的进行处理，使数据能够满足作图 系统的要求。这一操作在实际测图工作中属于数据衔接的环节，需要工程技术人员 根据实际情况自己解决，方便日常的数据处理工作，提高数据处理效率。 就作者实际工作情况来看，数字测图工作在很多单位还是分为外业数据采集和 内业数据编辑两个部分，这就产生了数据衔接的问题，一线的作业人员往往要对大 量的数据和繁琐的重复操作耗费比较大的精力和时间，为了让其主要精力集中到成 图环节，也需要有一个操作简便、符合工作实际情况的软件出现，这也是制作数据 处理程序的目的之一。 对于大比例尺地形图测量来说，其核心工作是为最后的成图，越快的缩短成图 前的准备工作，尽早的步入测图或做图状态，越可以提高效率。首级控制可以由 gps 和水准来快速解决，而且是阶段性工作，并不存在劳动的密集性；而图根导线 测量和碎部引点的采集则贯穿于整个测图过程，对于测图作业组来讲是工作量大并 且要经常面对的计算及成果转换问题，以往手工操作较多，效率比较低，往往要消 耗大块的时间和精力。目前市场上，针对图根导线计算的软件，大多是通过手工录 13 入到掌上记录器或者是通过外业手工记录，内业微机录入，然后计算的方式进行， 没有直接利用内存记录导线，通过数据传输，直接计算这种方式进行数据处理，因 此利用内存记录导线数据，可以弥补这个不足。随着仪器设备的不断更新，如果能 够对全站仪内存记录进行二次开发，实现导线记录或者导线碎部点同步记录自动化， 会减少作业人数，降低操作难度，减少出错率，能够保证外业观测的真实性，并在 很大程度上节省内业计算的时间和降低劳动强度,避免了先进的仪器设备与落后的手 工操作所形成的反差。如果能够实施并推广，将在很大程度上提高作业效率，并保 证观测质量。 1.4 研究的内容及解决方法 1.4.1 数据处理的内容 通过 1.2 节对数据采集方法的叙述，各种方法均有优缺点。就作者而言，目前 在大比例尺数字测图中使用全站仪进行采集碎部数据还是最普遍、最有效、精度最 高的。在数字测图工作中,测图方法还是分为外业采集和内业处理数据两部分，在测 图工作中遇到一些问题，通过解决这些问题,逐步形成了一个解决上述数据处理的系 统，提高了工作效率，降低了重复工作，在一定程度上简化了操作。 比如 2003 年在邯郸 1:500 地形图测量中,我们投入了 7 个测量组,共计 32 人,测 图面积有 30 平方公里，使用的全站仪有 3 台徕佧 305、1 台拓普康 311 和 3 台拓普 康 336，作图软件采用广州 scs 多用途数字测绘系统。在首级控制布设结束后，后 续的工作从布设图根导线到数据采集都需要靠全站仪去实现，这其中需要考虑如何 利用全站仪的存储实现图根导线的记录，如何将不同的仪器采集的不同格式的数据 进行统一导入不同的作图系统等等，因此充分利用全站仪的存储功能、编码功能， 通过程序进行数据后处理，可以在以下几个方面简化和方便数据的利用： 14 1. 在数字测图的工作中图根导线的布设是很重的环节，虽然目前有 rtk 可以 方便的布设图根点，由于其有少量数据的不稳定性，在很大程度上，尤其 是地籍测量图根点的布设方面，还是以导线布设为主。而以往的导线测量 都是仪器测量，配合手工记录或电子手簿记录，多用人手同时又容易记错， 而现在的全站仪都有存储记录数据的功能，通过进行二次开发，完全可以 省略记录人员，实现测记同步；进一步可以实现导线与细部点同步测量的 目的。内存记录导线与细部点同步观测也是工程的需要，在近几年的工程 中遇到以下几种情况比较适合这种做法。第一种情况是在地籍测量当中的 应用，因为在界址点测量当中需要界址点随同导线同时观测，这样可以避 免二次设站和二次定向的误差，保证界址点精度。虽然上述做法都可通过 人工达到，但每天面对成百上千的数据手工录入，造成人力的无谓消耗。 第二种情况是在测量地物较少的空旷区域或者厂矿单位时，同时进行导线 和碎部测量，再配合画草图，基本可以一次成图，没有必要先布设导线再 进行坐标采集的操作手法，可以减少重复劳动。第三种情况是在首级控制 成果没有到位的情况下，而作业组已经进驻测区，同样可以正常进行外业 工作，从测量导线到画草图，回驻地后只需将测量的内存数据稍加整理， 直到有成果时统一进行计算，这样做既不影响测量精度，又在最大程度上 避免了外业窝工；同时可以为工程的协调赢得时间；只是在内业做图环节 滞后,而内业做图不会受到天气的影响，总可以赶回工程进度。 2. 在一个项目实施的过程中，往往是由多个作业组使用不同型号或品牌的全 站仪同时作业，其数据格式也不相同，这就需要有相应的转换程序对其进 行统一操作，来符合作图系统的数据格式。 3. 目前作者参与的外业测图多采用